一种空间应用暨可搬运超稳光学参考腔的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于超稳光学参考腔领域，涉及一种超稳光学参考腔结构，尤其是一种空间应用暨可搬运超稳光学参考腔。
【背景技术】
[0002]随着航天技术的发展，美国、欧盟、日本等世界发达国家和组织争相开展在太空领域的光钟研宄计划，以争取获得时间频率的制高点，达到导航、卫星、国防更高精度的应用。超稳光学参考腔作为光钟研宄计划中极其关键的部件，起到了不可替代的作用。光钟研宄计划中某些关键性指标与超稳光学参考腔有效腔长的稳定性密切相关。但目前影响光学参考腔腔长变化的振动却难以抑制和消除，已成为其性能进一步提高的主要限制因素之一。
[0003]目前，世界上多个相关研宄小组针对空间应用暨可搬运超稳光学参考腔进行研制。例如法国巴黎天文台2012研发的空间应用暨可搬运超稳光学参考腔，其结构特征是圆柱体和支撑圆环，利用位移上下相消的原理进行设计。实验表明在竖直方向上(即光轴方向)的振动敏感度较好，但在其它两个方向上的振动敏感度较差。主要原因是空间应用的超稳光学参考腔要求三维抗振，但圆柱体加支撑圆环的方式只能够保证在竖直方向(即光轴方向)上有较好的振动敏感度，对于其它方向显得较差。
[0004]如果只考虑外力引起的超稳光学参考腔的腔长变化，球体作为水平超稳光学参考腔的腔体，在光轴所在平面沿球体直径方向两点挤压超稳光学参考腔，使得超稳光学参考腔在水平面任意方向具有旋转对称性结构。只要合理设计，球体就可以弥补上述圆柱体的缺陷，从而可大大降低超稳光学参考腔三维方向上的加速度振动敏感性。
[0005]美国国家标准技术研宄所2012年和2013年分别探索性研发了一种可搬运超稳光学参考腔，采用的是在球体的直径方向上两点支撑球的方式，在三维方向上振动敏感度取得了较好的指标。但该超稳光学参考腔存在两点缺陷:一，在支撑球形腔体时需要附加挤压球体的压力，不仅破坏了球体原本的结构力学的完美对称性，而且挤压的力度调节难以掌握，装配复杂；二，空间三维方向复杂的振动环境和苛刻条件，该超稳光学参考腔采用的是两点一维方向支撑方式，难以克服空间复杂震动环境。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种空间应用暨可搬运超稳光学参考腔。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0008]这种空间应用暨可搬运超稳光学参考腔，包括类球体以及用以固定类球体的圆环，在所述类球体上设置有通过类球体中心的通光孔，在通光孔的两端设置有光学镜片，所述光学镜片以超低膨胀材料为基片材料制成，所述类球体上还设置有真空排气孔和固定孔；所述超低膨胀材料为ULE、单晶硅、陶瓷、微晶玻璃或熔融石英。
[0009]上述圆环固定套设在类球体的外壁上，圆环的水平面与类球体的光轴方向成正交方向关系。
[0010]上述圆环与类球体为一体化结构。
[0011 ] 上述类球体上开设有多个真空排气孔，每个真空排气孔穿过类球体的中心。
[0012]上述类球体为超低膨胀材料制成，所述超低膨胀材料为ULE、单晶硅、陶瓷、微晶玻璃或熔融石英。
[0013]本发明具有以下有益效果:
[0014]本发明是以球体和圆环相结合的方式来设计空间应用暨可搬运超稳光学参考腔。如【背景技术】所述，其可以很好的保护球体空间结构力学的完整性，这样不仅可以获得三维方向上较好的振动敏感度，又可以满足航天振动冲击的苛刻条件，而且整体装配调节简单。本发明设计的超稳光学参考腔可以应用于光学原子钟、超窄线宽激光器、光学干涉仪、引力波探测等高科技领域。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的超稳光学参考腔结构示意图；
[0016]图2为本发明的圆环结构示意图；
[0017]图3为图1的A-A剖视图；
[0018]图4为图1的B-B剖视图。
[0019]其中:I为类球体；2为圆环；3为光学镜片；4为真空排气孔；5为通光孔；6为固定孔。
【具体实施方式】
[0020]参见图1-4，本发明的空间应用暨可搬运超稳光学参考腔包括类球体I以及用以固定类球体I的圆环2，在所述类球体I上设置有通过类球体I中心的通光孔5，在通光孔5的两端设置有光学镜片3，所述光学镜片3以超低膨胀材料为基片材料制成，所述类球体I上还设置有真空排气孔4和固定孔6 ;所述超低膨胀材料为ULE、单晶硅、陶瓷、微晶玻璃或熔融石英。所述圆环2固定套设在类球体I的外壁上，圆环I的水平面与类球体I的光轴方向成正交方向关系。所述圆环2与类球体I为一体化结构。所述类球体I上开设有多个真空排气孔4，每个真空排气孔4穿过类球体I的中心。所述类球体I为超低膨胀材料制成，所述超低膨胀材料为ULE、单晶硅、陶瓷、微晶玻璃或熔融石英。
[0021]下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
[0022]图1超稳光学参考腔结构示意图。为圆环的直径，Φ球为球体的直径，Φ光为通光孔的直径，为圆环上固定用孔的直径。
[0023]首先选择球体的尺寸，应当根据热噪声指标的要求选择球体直径的大小；根据振动敏感度指标要求、空间的约束和抗击振动强度的要求，选择圆环的尺寸，包括其厚度、直径、固定孔的大小、固定孔的个数；圆环相对于球体在竖直方向上(即光轴方向)的位置为:球体的中心平面上下微小浮动，具体尺寸根据振动敏感度的要求来决定；真空孔的位置和尺寸以及它的个数，真空孔相关尺寸和数据是由真空度的指标要求和振动敏感度要求的；最后是通光孔的直径，其主要是根据光学谐振腔理论、激光光斑的大小、镜片镀膜区大小以及整个腔体强度决定的。
[0024]总之，该空间应用暨可搬运超稳光学参考腔腔体是根据振动敏感度、热噪声、抗击振动冲击、光学谐振腔理论等技术指标要求和理论设计的，采用超低膨胀材料(如ULE、单晶硅、陶瓷、微晶玻璃、熔融石英等)一体化加工制造；镜片采用标准的